生產高活性工業石灰燃料應用的發展趨勢探討
2013-09-30 15:35:31 來源：
生產高活性工業石灰燃料應用的發展趨勢
隨著我國國民經濟的深化發展，工業用高活性石灰對石灰質量要求越來越高，尤其鋼鐵企業對鋼鐵生產的要求，開始由“粗曠型”量的追求，逐漸向“成本精細化、質量優質化”方向轉變，對包括冶金活性石灰等在內的鋼鐵冶金輔料的質量要求和市場需求，也隨之提高， 2011年鋼鐵工業石灰用量達到了6500萬噸，其中工業用高活性石灰約占80%左右。石灰工業屬于高能耗產業，其中燃料消耗在生產能耗中占有較高的比重，冶金活性石灰生產過程中，燃料的消耗約為140-180Kg/t石灰。目前，國內應用較為廣泛的冶金活性石灰煅燒，基本以煤（焦炭）燒和氣燒兩種方式為主，其中煤（焦炭）燒石灰窯主要以無煙煤、焦炭和粉煤為燃料，無煙煤和焦炭主要用于混燒豎窯，而粉煤在回轉窯和雙膛窯中應用較為成功；氣燒石灰窯主要燃料為天然氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、高爐煤氣、混合煤氣和發生爐煤氣等。
由于以煤（焦炭）為燃料煅燒冶金活性石灰，存在窯內溫度均勻性難于控制、石灰活性度較差及環境污染等問題，該煅燒方式市場需求形勢呈下降趨勢；氣體燃料可在石灰窯的所有空隙中燃燒，無死角，氣燒火焰均勻而且同時放熱，可做到快速燃燒和快速冷卻，石灰活性較好。與煤（焦炭）煅燒相比，氣燒石灰窯爐具有窯內氣流量大、石灰活性度高、窯內溫度均勻、溫度易于控制、對燃氣選擇要求不高、環境影響較小等優點，屬于比較理想的煅燒方式。據對某些石灰窯制造企業的不完全統計，2008-2011年，氣燒石灰窯與煤（焦炭）燒石灰窯的銷售量比例約為7：3左右，氣燒石灰窯的市場占有率呈快速上升趨勢。
目前，氣燒石灰窯應用較為廣泛的燃料為焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣和混合煤氣，這主要是因為一些較具生產規模的冶金活性石灰煅燒企業多為大型鋼廠的下屬企業或關聯企業，而這些大型鋼廠擁有自己的高爐、轉爐或焦爐，這些石灰煅燒企業占據氣源選擇方面的地利和人和優勢。但是，隨著各大鋼鐵企業自備電廠等的建設，煤氣供應日趨緊張，而且為了降低石灰生產運輸成本，有些鋼鐵企業的石灰生產廠選擇靠近礦山建設，從而遠離了高爐、轉爐或焦爐等氣源，其原來具備的氣源優勢日趨喪失，重新選擇燃料氣源也同樣成為這些企業面臨的首要問題。燃料氣源的選擇既要考慮技術可應用性、成本優勢性和供應的穩定可持續性，同時更要注重環境影響因素。
我國天然氣資源較為緊張，主要作為民用氣源供應，大量的作為工業用氣，在供應穩定性的保障方面存在嚴重的風險，而且，隨著石油價格與國際接軌趨勢的發展，作為石油衍生品的天然氣勢必受到國際因素的影響，所以石灰煅燒目前很少采用天然氣作為燃料氣源，預計將來也不會成為煅燒石灰的優選燃料氣源。
焦化廠焦爐煉焦的主產品焦炭主要供應鋼鐵行業冶煉使用，焦炭與冶金活性石灰供應的是同一個鋼鐵冶煉市場，具有市場周期同生性，而且隨著民用氣源領域的“天然氣進、焦爐煤氣退”形勢的日益推進，焦爐煤氣的工業供應量日益充足，同時，由于焦爐煤氣只是焦爐煉焦的副產品，其生產成本較低，供應價格較為便宜，焦爐煤氣無疑是煅燒冶金活性石灰的優選燃料。但是，焦爐煤氣的供應受到輸送距離的影響，如果焦爐煤氣氣源距離石灰煅燒廠較遠，投資經濟性便值得進一步論證。
焦爐煤氣熱值較高，火焰短，煤氣出燒咀后很快燃燒，容易造成燒咀周圍溫度過高，使靠近燒咀附近的石灰過燒，甚至使爐襯結瘤，而窯爐中心部位的石灰則處于生燒狀態。解決這些問題，*為捷徑的辦法是混入惰性氣體或低熱值煤氣后，使煤氣熱值得以降低后應用。實際應用證明，煅燒石灰較理想的燃氣熱值為6270-7500 KJ/M3，燃氣火焰長度以2-4m較為適合。另外就是改變石灰窯爐的加熱方式，如唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計的矩形豎爐和新型國產化套筒石灰窯采用內外燃燒室輻射加熱的方式，使火焰熱值和溫度通過燃燒室調整，達到了很好的煅燒效果。
相比而言，高爐煤氣的熱值較低，火焰偏軟，煅燒時間長。從長期的應用實踐可知，氣燒石灰窯爐較為理想的氣燒燃料為焦爐煤氣與高爐煤氣的混配煤氣，其混配比例一般在1:3-1:6左右較為適合。
企業自建煤氣站，自主供應煤氣也是石灰煅燒企業的一種選擇。從目前石灰窯技術水平和生產實踐表明，對于回轉窯而言，宜采用較高熱值的煤氣，梁式窯、雙膛窯和套筒窯對煤氣熱值的要求應不低于6700KJ/Nm3，而低熱值煤氣豎窯則可以采用熱值在3200-5800KJ/Nm3的煤氣。目前的一段爐和兩段爐煤氣站生產的煤氣熱值一般在5225-6500 KJ/Nm3左右，富氧煤氣的熱值一般在7524-8360 KJ/Nm3左右，完全滿足各種石灰窯爐的使用，而且，我國煤炭資源豐富，煤炭價格相對穩定，從而使燃料供應的穩定可持續性得以有效保證。機械化采煤造成我國煤炭市場中粉煤供應比例較大，考慮氣化煤炭供應因素，建設粉煤富氧氣化或型煤富氧氣化煤氣站，有利于氣化用煤的選擇。
發生爐煤氣的燃燒溫度可達1200-1450℃左右，煤氣發生站配備煤氣穩壓控制系統后，其燃燒溫度可穩定控制在±5℃范圍內，而煅燒石灰的燃燒溫度通常需要控制在1000-1150℃，燃用發生爐煤氣完全可以將石灰煅燒溫度穩定地控制在要求范圍內。發生爐煤氣火焰長度一般在以2-4m左右，從而可以保證窯內石灰得以均勻受熱，有效避免石灰過燒或生燒現象。
從發生爐煤氣的成分、熱值和燃燒特性分析，其燃燒控制方法和煅燒工藝與焦爐煤氣和高爐煤氣完全相同，從焦爐煤氣和高爐煤氣在煅燒冶金活性石灰行業的成功應用可見，利用發生爐煤氣煅燒冶金活性石灰在技術上是完全可行的。
隨著石灰產業的快速增長，環保問題日趨嚴重，目前石灰產業環保重點是降低SO2排放及生產運輸過程中的粉塵排放，但預計在不久的將來，石灰產業勢必會成為溫室氣體CO2排放的重點控制對象。據估算，我國石灰生產年排放CO2量約為1.1-1.2億噸左右，約占全國CO2總排放量的1.7%左右，雖然所占排放比例不大，但石灰產業單位GDP的CO2排放強度非常之高，環境治理潛在壓力較大。當前國際社會對全球氣候變化問題普遍關注，隨著我國經濟的快速發展，溫室氣體排放給我國帶來的國際壓力越來越大，節能減排的技術改造和升級勢在必行，居安思危，及早進行行業節能減排的技術研究和探討，是擺在我們每個企業面前嚴峻的課題。
應用唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司的JQMQH煤氣化技術生產煤氣為石灰煅燒提供燃料，是石灰煅燒企業實現節能減排的有效途徑，目前應用該技術配套設計新型的燃氣石灰窯可以達到日產100-600噸的生產規模，主要窯型采用普通圓形豎爐、矩形豎爐、梁式豎爐、套筒豎爐及回轉窯等，也可以把燃煤石灰窯改造成燃氣型石灰窯，經過實際生產測算生產一噸高活性石灰僅用煤炭150-180kg,僅比燃煤石灰窯高30-50 kg，但是由于燃煤混燒窯只能采用無煙煤和焦炭才能生產出合格石灰，使用煙煤時石灰質量很難控制，采用煤氣發生爐煤氣生產石灰可以使用煙煤生產，因煙煤價格較低實際生產成本與混燒石灰窯生產相比基本相同，而且生產的石灰活性度在330-370ml，至少比煤炭混燒窯生產的石灰活性度高40ml以上，而且生過燒率很低，生產的石灰也很潔凈無雜質，其售價每噸石灰至少高于煤炭混燒石灰窯石灰50元以上。
JQMQH 煤氣化，是一種以“富氧空氣—CO2煙氣—水蒸氣”為氣化劑的煤氣化技術，其中CO2煙氣來源于窯爐反應廢氣中的部分煙氣，該煙氣中的CO2參與煤氣化過程中的還原反應，與煤中的碳反應生產CO可燃氣體，該技術在減少廢氣排放的同時，降低煤炭氣化所需的煤炭量，從而實現燃耗工礦企業的節能減排。唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司的煤氣化技術，通過增加氣化劑中CO2的含量，有效增加了氣化反應物中CO2濃度，提高了CO還原反應的速度，使煤氣生產效率得以提高。通過增加氣化劑中CO2和O2的含量，降低其中N2的含量，減少氣化反應中N2攜出的熱量，使煤氣化裝置的熱效率得以有效提高。同時，石灰窯爐出廢氣溫度一般在150-200℃左右，將其中一部分引出，與富氧空氣混合作為氣化劑，提高了氣化劑的溫度，使石灰生產系統的熱效率得以提高。
就煤氣發生爐的發展而言，煤氣生產和凈化工藝的發展一直在緊跟環保要求的步伐，二十世紀90年代初，出于對較高熱值煤氣的追求和環境保護的考慮，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司與協作單位共同進行了多年的研發試驗，通過引進設備、消化吸收，自主研發出一系列兩段式煤氣發生站的工藝及設備，并得到了廣泛的成功應用。該煤氣發生站與一段式煤氣發生站相比，無論在節能還是環保方面都有了長足的進步。
發生爐煤氣以煤炭為主要原料，而我國已探明煤炭儲量約7241億噸，是世界第三大煤炭國，我國一次性能源中，煤炭約占73%，而天然氣、液化石油氣等燃料相對比例較小，隨著國際原油價格的不斷攀升，作為石油衍生產品的天然氣和液化石油氣等燃料價格波動較大，且其供應量穩定性較差。與相比而言，煤炭價格波動較小，而且供應量比較穩定，從而有效保證了發生爐煤氣的低位成本和穩定生產。
就煅燒冶金活性石灰而言，無論從技術應用角度、投資運行成本分析、環保節能達標程度還是在燃料可持續應用方面，發生爐煤氣作為燃料都是非常可行的。而且與其它氣體燃料相比，發生爐煤氣在技術應用、燃料運行成本和可持續應用方面具有相當大的優勢。綜合考慮，發生爐煤氣在煅燒冶金活性石灰行業具有很高的推廣價值。
企業結合自身狀況和我國國情，選擇適合生產要求、成本要求特別是符合環境要求的煤制氣體燃料，作為煅燒冶金活性石灰的燃料氣源，是高活性工業石灰生產企業燃料選擇的總體方向。
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